基于地学研究的CINRAD/CB雷达回波显示与提取

为准确显示天气雷达指定回波强度的回波区域,基于CINRAD/CB新一代天气雷达(简称CB雷达)的基数据,从地学角度提出一种CB雷达反射率因子回波的可视化方法,即将雷达基数据中的反射率因子数据采用地学中栅格数据格式进行显示。然后生成反射率因子图,结合风暴单体识别与跟踪算法(SCIT)中对风暴单体的识别模式,提出能够提取指定回波强度的雷达回波区域的方法。通过鄂尔多斯气象雷达站的CB雷达基数据提出方法并进行了验证。实验结果表明,提出的反射率因子图可视化方法可以显示雷达的反射率因子特征,针对反射率因子图提出的回波区域提取方法能够提取指定强度的回波区域。     

X波段天气雷达回波强度信号标定方法

为了抵消X波段天气雷达的接收机参数变化引起的雷达回波强度误差,根据雷达回波强度定标原理,利用CINRADSA天气雷达回波强度资料对NuistRD-X常规天气雷达进行强度标定,用标定后的NuistRD-X天气雷达回波与南京和常州CINRAD-SA的雷达回波作对比分析,测得的回波强度与南京和常州CINRAD-SA资料基本一致,结果表明这种定标方法适用于X波段常规天气雷达,这种定标方法是可行的。     

X波段天气雷达强度回波信号定标方法

为了抵消X波段天气雷达的接收机参数变化引起的雷达回波强度误差,根据雷达回波强度定标原理,利用CINRAD-SA天气雷达回波强度资料对NuistRD-X常规天气雷达进行强度标定,用标定后的NuistRD-X天气雷达回波与南京和常州CINRAD-SA的雷达回波作对比分析,测得的回波强度与南京和常州CINRAD-SA资料基本一致,结果表明这种定标方法适用于X波段常规天气雷达,这种定标方法是可行的.     

滇西北强对流灾害天气的多普勒雷达回波特征研究

 选取了2006年丽江多普勒天气雷达（CINRAD/CC）投入使用以来观测到的59次强对流灾害天气过程的雷达资料,重点分析了造成短时暴雨和冰雹的雷达各产品特征,初步得出：①触发丽江强对流天气的环境风场;②强回波在雷达速度场中切变类型、分布特征及其与强对流天气的相关关系;③丽江强对流天气初生阶段和旺盛阶段雷达反射率因子形状场、数值场、高度场、垂直累积液态水等指标的特征及其预警临界值;④灾害天气从初生阶段至旺盛阶段回波发展的时间间隔特征.通过分析丰富了丽江周边短时暴雨和冰雹的探测方法,得出部分多普勒雷达研究指标,对滇西北开展灾害性强对流天气的预警预报具有一定的指导作用.     

基于CINRAD/CB雷达基数据的反射率因子地学可视化研究

 为了高效显示雷达回波图,本文剖析CINRAD/CB 新一代天气雷达（以下简称CB 雷达）基数据文件存储结构,介绍了CB型雷达基数据文件中反射率因子数据的存储格式,结合地学中矢量数据与栅格数据的特点,研究了极坐标系下的反射率因子数据向直角坐标系下的转换方法,并设计了基于矢量数据格式和基于栅格数据格式的CB 雷达反射率因子可视化方法。对鄂尔多斯CB 雷达反射率因子的可视化进行验证,结果表明,两种方法均能充分显示反射率因子回波特征。其中,栅格数据方法的显示效率高,可分析性差;矢量数据的可分析性强,显示效率较低,可根据不同应用需求选取不同的方法。     

新疆石河子垦区沙漠边缘地带冰雹天气的多普勒天气雷达产品预警指标初探

利用2006~2015年新一代多普勒天气雷达资料等资料,运用统计学、雷达气象学等方法分析研究了新疆石河子垦区沙漠边缘地带的冰雹天气的多普勒天气雷达产品特征,初步建立了冰雹天气的多普勒雷达产品的预警指标。春季对流云的雷达回波中心强度为45d Bz,回波顶高度为7km,-20℃等温线以上超过45d Bz的反射率因子的出现;夏季对流云的雷达回波中心强度为50d Bz,回波顶高度为8km,-20℃等温线以上超过45d Bz的反射率因子的出现。逆风区和正负速度对的出现对冰雹天气预警有一定指导作用。垂直累积液态水含量(VIL)的跃增,VIL中心值大于15kg·m~(-2)时,对流性天气降雹的概率较大,VIL值的大小与冰雹的直径成正比,其高值区范围的大小与降水量成正比。中尺度气旋产品、冰雹指数HI产品和1h累积降水量等产品和雷达组合反射率因子、垂直累积液态水含量(VIL)结合使用时,对冰雹天气的预警有一定的指导意义。     

石河子垦区一次成功防雹的案例分析

通过利用常规气象探测资料、自动站资料和石河子CINRAD/CC多普勒天气雷达观测资料,对2013年7月23日发生在新疆石河子垦区的一次强对流天气进行了分析。结果表明:这次强对流天气发生在西伯利亚至巴尔喀什湖冷涡东南移天气背景下;不稳定条件表现较好,有利于强对流天气的产生;通过对多普勒雷达的回波演变分析得出,此次强对流天气的强中心强度为58d Bz,50d Bz强回波区高度高于当天-20℃层,形成了非常有利的产生冰雹条件;低层辐合,中低层是辐合和辐散的共轭体"逆风区",高层辐散,是对流单体进一步发展和增强;通过提前和及时的人影防雹作业,使对流单体在石河子莫索湾垦区的前沿减弱,并产生降水,有效的防止了强对流天气对石河子垦区农业的影响。     

迭代法在低纬高原地区多普勒天气雷达测量降水中的应用

 利用昆明多普勒天气雷达资料,采用迭代订正方法对强降水和大范围中等强度降水引起雷达信号的衰减情形进行了订正研究,同时对比分析了衰减订正前后的雷达测量降水与自动雨量站逐小时累计的雨量资料.结果表明:在低纬高原地区雷达测量降水中,强降水和大面积中等强度的降水情况下需要考虑降水对雷达信号的衰减影响;使用迭代法对雷达衰减订正的效果比较好,其订正后的雷达反射率明显高于雷达直接探测的反射率,最大的订正差值超过了9dBz;降水粒子的温度对多普勒天气雷达反射率订正结果也有比较显著影响;订正后雷达测量的降水更接近于自动雨量站的观测值.     

新一代天气雷达发射功率降低的分析与处理

发射机是CINRAD/SA天气雷达的重要组成部分,结构复杂且长期处于连续高压的工作状态,是天气雷达故障率较高的分机系统。针对福州新一代天气雷达发生的一次发射机功率降低、回波强度明显降低等现象,结合信号流程与电路原理,深入分析故障原因。最终发现,开关组件中检测反馈控制D4芯片损坏,导致输出异常,从而引起发射功率下降。该文详细阐述了故障的检测、分析、定位及处理过程,总结了相关的雷达维护经验,以期为雷达技术保障人员提供参考和借鉴。     

天气雷达I/Q信号仿真建模及统计验证

基于天气雷达发射脉冲的时间自相关特性,采用大气分层模型,建立天气雷达发射端到接收端的I/Q信号仿真算法;并通过统计分析,对算法可靠性进行验证。研究结果表明仿真得到的I/Q信号均符合高斯随机分布,回波功率符合指数分布,与天气雷达真实回波信号统计特性一致;同时以南京大学的C波段双偏振天气雷达的真实弱降水回波数据为基础,进行仿真回波数据与真实数据对比分析。统计结果表明相似的参数设定下,仿真回波信号的反射率因子和速度的标准差与真实信号的统计特性基本一致;且与理论公式结果基本吻合。     

200年5月30日青岛一次中到大雷雨天气分析

2010年5月30日青岛地区出现的一次中到大雷雨天气过程,本文通过对此次降水过程的环流背景以及模式对比诊断分析,结果表明:高层北方冷涡,底层有暖湿气流形势下非常有利于强对流天气的产生,强对流天气发生在高层的干冷空气向下侵入对流层中低层附近。多普勒雷达资料分析表明,冰雹发生时可观测到70 dBz的反射率因子极值,并且强回波区的回波顶高都在10 km以上,最高达到12km。     

建阳新一代多普勒天气雷达(CINRAD/SA)速调管故障分析

建阳新一代多普勒天气雷达速调管故障是全国CINRAD/SA雷达速调管自然老化的第一例。该文简要分析了与速调管老化故障相关的信号流程,并对速调管测试处理、更换过程进行了具体说明,对其他台站速调管老化故障的维修工作具有一定的参考意义。     

2010年5月30日青岛一次中到大雷雨天气分析

2010年5月30日青岛地区出现的一次中到大雷雨天气过程,本文通过对此次降水过程的环流背景以及模式对比诊断分析,结果表明：高层北方冷涡,底层有暖湿气流形势下非常有利于强对流天气的产生,强对流天气发生在高层的干冷空气向下侵入对流层中低层附近.多普勒雷达资料分析表明,冰雹发生时可观测到70 dBz的反射率因子极值,并且强回波区的回波顶高都在10 km以上,最高达到12km.     

驻马店市两次强对流天气的多普勒雷达产品特征的对比分析

针对近年来河南省驻马店市出现的强对流天气,用多普勒天气雷达产品如反射率因子、径向速度、垂直液态含水量、风暴跟踪信息等进行普查分析,重点对两次不同性质的强对流天气的雷达产品进行详细研究.发现强对流天气的雷达回波强度在40 dBz以上,强度为40~50 dBz的回波移速为25~35 km/h时,一般出现强降水,无雷暴和大风;回波移速为35~45 km/h时开始伴有雷暴和大风的出现;当回波移速达到45~60 km/h时,强雷暴和大风的出现几率上升,而强降水的出现几率急剧下降;当回波移速达到60~69 km/h时,则以雷雨大风为主,强降水出现很少.冰雹时强回波伴有"V"型缺口,回波强度可达55 dBz以上,强回波中心出现在9~12 km高度,回波顶可高达15~18km,强回波下方有强上升气流造成的弱回波区.短历时强降水的雷达回波强度比冰雹、雷暴弱,一般为40~50 dBz,强回波中心高度5~6 km;当回波强度大于50 dBz,强回波中心达到8 km以上时,往往伴有强雷电和大风冰雹出现;回波形态多呈现絮状混合型回波,其中有块状的强回波,对流性的强降水回波则是边缘清晰的块状结构.     

天气雷达接收机匹配滤波损耗测量方法研究

天气雷达接收机匹配滤波损耗是雷达气象方程中的重要适配参数,与回波强度的测量精度密切相关。介绍了天气雷达接收机的匹配滤波原理和匹配滤波损耗的计算方法,提出了接收机数字中频匹配滤波损耗的测量方法,解释了其物理意义;并以新一代天气雷达(CINRAD/SA)为例,实测了接收机数字中频匹配滤波器的频率响应特性曲线,得到了宽、窄脉冲下的匹配滤波器带宽和匹配滤波损耗。测试结果表明:1.57μs窄脉冲对应的匹配滤波损耗为-0.93 dB,4.50μs宽脉冲对应的匹配滤波损耗为-1.01 dB。     

偏振雷达参量对融化层回波的探测敏感性分析

融化层特征的研究及其微物理性质的识别在云物理降水研究、人工影响天气、航空飞行以及积云参数化方案修订等都有重要意义。利用南京信息工程大学C波段双偏振雷达(简称为NUIST C-Pol雷达)的回波强度Z,差分反射率因子ZDR、差分传播相位常数KDP、正交相关系数ρHV,研究融化层回波(即零度层亮带,简称亮带)敏感性及其对应水凝物微物理特征。根据NUIST C-Pol雷达2014年实测数据,分析亮带的偏振参数探测特性时发现相关系数最敏感,它比其他参量更早出现亮带特征;其次是差分反射率因子、差分传播相位常数,最后才在回波强度上看到明显的亮带。进一步地,探讨了亮带中相关系数的探测敏感性及其数值减小的机理。研究结果对于用双偏振雷达参数研究云降水物理特性具有理论和应用价值。     

广东一次超级单体龙卷的多普勒天气雷达特征分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和广州多普勒天气雷达资料,对2011年5月7日发生在广东省佛山市的一次龙卷天气过程进行了分析。结果表明:此次龙卷产生于有利的天气形势下,环境场具有较大的大气不稳定度、充沛的水汽条件、强的垂直风切变以及低的抬升凝结高度。多个风暴单体的合并使对流强度得到增强并诱发了龙卷。反射率因子回波形态具有经典超级单体结构,钩状回波明显,反射率因子剖面存在有界弱回波区。钩状回波处产生了中气旋且维持了三个体扫,中气旋强度较强并逐渐向低层发展。龙卷发生前10 min出现了龙卷涡旋特征,表现为0.5°(距地面约500 m)径向速度图上沿方位角方向两个紧挨着的像素之间的强烈速度切变,说明此时漏斗云已从超级单体母云内向下伸展。综合分析各种雷达产品,可获得10 min左右的预警时间。     

雾中能见度与雷达回波的关系初探

根据Koschmicder能见度公式结合雾滴粒子消光系数、雾中含水量W及雷达反射率因子Z之间的相互关系,解析了雷达雾回波的反射率因子Z与雾区能见度的关系,并以2006年冬南京实测雾滴谱资料,估算在特定雾滴谱模型下能见度与雷达反射率因子的关系,以及对2006年镇江站一次大雾天气的实测雷达回波及能见度资料的分析,验证雾中能见度与雷达回波的相关性,能见度随反射率因子Z的增大而递减。     

河北承德地区冰雹天气雷达预警指标分析

利用2012～2016年河北承德地区常规观测资料、C波段多普勒雷达基数据资料,采用雷达基数据反演及统计方法,对承德地区冰雹天气雷达预警指标进行了研究。结果表明:承德地区冰雹预警的定量指标有最大回波强度超过58dBz、回波顶高超过7km、垂直液态累计含水量超过33kg/m~2,并且两个相邻体扫跃增值在20～33kg/m~2之间;承德地区冰雹预警的定性判断的依据有冰雹回波的形状主要分为块状或带状两种,径向速度图上,出现逆风区、大风区、中尺度辐合以及径向速度模糊,基本反射率因子图上,出现三体散射回波、强回波远离雷达一侧出现的V型的缺口;V型缺口对冰雹预警的时间提前量为7～21min。     

区域生长法在多普勒天气雷达速度场分析中的应用

随着多普勒天气雷达技术的诞生及其迅速发展,多普勒天气雷达速度场资料在强对流天气系统分析、数值模式资料同化中的应用越来越广泛.但是由于采样的限制,尽管在硬件上已经采用了双Plus Repeat Frequency技术,但多普勒天气雷达能探测的速度范围依然有限,常常在大风区会出现多普勒速度模糊现象.这给资料分析、风场反演和资料同化带了很多的困难,因此解决资料中出现的速度模糊问题已经越来越重要,通过风场分片光滑的性质,提出了区域生长法在多普勒天气雷达速度场分析中解决速度模糊现象的技术.最后以目前全国布网的CINRAD SA型多普勒天气雷达探测资料为主,进行了大量的试验,结果证明该方法能较好的退出多普勒速度场中的速度模糊现象.